N-端改造植物P450酶实现工程大肠杆菌合成甜菜黄素

作     者：赵广荣 侯亚男 Zhao Guangrong;Hou Yanan

作者机构：天津大学化工学院天津300350 教育部合成生物学前沿科学中心和系统生物工程重点实验室天津300350 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2021年第54卷第9期

页      面：934-941页

核心收录：

学科分类：08[工学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(31870077) 

主　　题：细胞色素P450酶 甜菜黄素 大肠杆菌 合成生物学 酶的改造 

摘      要：甜菜黄素是安全的植物源水溶性天然色素,主要应用于食品行业.甜菜黄素还具有抗氧化活性和光学特性,在医疗保健、荧光成像等领域具有潜在应用价值.目前,甜菜黄素的主要来源是植物提取分离,但存在甜菜黄素含量低、种类少等问题.本文改造植物P450氧化酶,研发大肠杆菌异源合成甜菜黄素的新方法.首先,对甜菜的P450氧化酶CYP76AD1^(LL)和P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)进行N-端截短和改造,研究不同改造序列和表达策略对合成L-多巴的影响.结果表明,截去N-端跨膜序列,利用3种不同N-端序列修饰P450氧化酶,MA序列修饰CPR(MA-tCPR),工程大肠杆菌中均能以L-酪氨酸为底物合成L-多巴.其中亲水性2B1序列(MAKKTSS)修饰P450氧化酶,采用双顺反子表达策略优于单顺反子,工程大肠杆菌BDP10合成L-多巴的产量最高,为40.42 mg/L.进一步表达紫茉莉的4,5-多巴双加氧酶基因,构建了工程大肠杆菌BTA11,利用L-酪氨酸为前体,合成了甜菜醛氨酸.最后,在培养基添加3种氨基酸(对氨基苯甲酸、L-组氨酸、L-亮氨酸)和3种胺类化合物(酪胺、吡咯烷、吲哚啉),工程大肠杆BTA11合成了6种对应的甜菜黄素.研究结果表明,采用N-端改造策略赋予植物P450氧化酶在大肠杆菌中具有催化功能,能合成天然和非天然的颜色多样、结构丰富的多种甜菜素.